JP6338204B1 - 切削インサート及び切削工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】切れ刃に適切なホーニングが形成された切削インサートを提供する。
【解決手段】切削インサート1は、互いに対向する2つの端面10、11と、2つの端面10、11の間に延在する周側面12と、2つの端面10、11と周側面12との交差稜線に形成された切れ刃13と、を備えている。切れ刃13は、主切れ刃52と、内切れ刃54とを少なくとも有する。主切れ刃52と内切れ刃54には、ホーニング60が設けられている。端面10、11側から見て、内切れ刃54の第2のホーニング71の幅w2が主切れ刃52の第1のホーニング70の幅w1よりも狭い。
【選択図】図4

Description

本発明は、切削インサート及び切削工具に関する。
金型等の切削加工において、切削工具として例えば刃先交換式のエンドミルが用いられている。この種の切削工具は、略円柱状の工具本体と、工具本体の軸方向の先端部に装着される切削インサートを備えている。
上述のような切削工具において、切削インサートの切れ刃が尖っている場合、加工中に切れ刃がかけやすい。そのため、切れ刃に刃先の尖りを鈍くする加工(ホーニング)を施すことで耐欠損性を向上させている。ホーニングには、丸みをつけるものや、チャンファ(面取り)をつけるもの、それらを複合したものなどがある(特許文献1参照)。
国際公開第2017/073590号
ところで、切削インサートの中には、切削工具を斜め下向きに移動させるランピング加工や真下に向って移動させる突っ込み加工などに対応するために、主切れ刃の内側にいわゆる内切れ刃を備えるものがある。
上述の切削インサートにおいてホーニングは、切れ刃の全体にわたり均等に施すのが一般的である。しかしながら、内切れ刃は主切れ刃よりも切削負荷が低く、刃の欠損が起こりにくいため、従来の内切れ刃には必要以上のホーニングが施されていることになる。この場合、内切れ刃の切削抵抗が増加したり、内切れ刃の摩耗が促進されることになり、切削インサートの寿命が短くなる。
本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、切れ刃に適切なホーニングが形成された切削インサート及び切削工具を提供することをその目的とする。
本発明の一態様に係る切削インサートは、互いに対向する2つの端面と、前記2つの端面の間に延在する周側面と、前記2つの端面の少なくとも一方と前記周側面との間の交差稜線に形成された切れ刃と、を備え、前記切れ刃は、主切れ刃と、第1の切れ刃とを少なくとも有し、前記主切れ刃と第1の切れ刃には、ホーニングが設けられ、前記端面側から見て、前記第1の切れ刃のホーニングの少なくとも一部の幅が前記主切れ刃のホーニングの幅よりも狭い。
この態様によれば、端面側から見て、第1の切れ刃のホーニングの少なくとも一部の幅が主切れ刃のホーニングの幅よりも狭いので、主切れ刃と第1の切れ刃の欠損を抑制しつつ、相対的に切削負荷の低い第1の切れ刃においてホーニングにより切削抵抗が増加したり摩耗が促進されることを抑制できる。よって、切れ刃が適切なホーニングを備えることができる。
前記切れ刃は、前記主切れ刃を少なくとも含み前記第1の切れ刃に連続的に接続された切れ刃部を有し、前記切れ刃部には、ホーニングが設けられ、前記端面側から見て、前記第1の切れ刃のホーニングの幅が前記切れ刃部のホーニングの幅よりも狭くなっていてもよい。
前記端面側から見て前記第1の切れ刃のホーニングの幅は、前記切れ刃部との接続部から離れるにつれて次第に狭くなっていてもよい。第1の切れ刃は、切れ刃部との接続部から離れるにつれて切削負荷が小さくなるので、この態様によれば、切削負荷の小さい部分に行くにつれてホーニングの幅が狭くなり、第1の切れ刃が、より適切なホーニングを備えることができる。
前記端面側から見て前記切れ刃部のホーニングの幅は一定であってもよい。かかる場合、 切れ刃の成形が容易であり、また切れ刃部の欠損を十分に抑制することができる。
前記第1の切れ刃は内切れ刃であってもよい。また前記切れ刃部は、前記主切れ刃と連続的に接続される底刃を有し、前記底刃は、前記第1の切れ刃に接続されていてもよい。さらに、前記切れ刃部は、前記主切れ刃と連続的に接続されるさらい刃を有し、前記さらい刃は、前記第1の切れ刃に接続されてもいてもよい。
前記切れ刃部は、前記第1の切れ刃との接続部と反対側の端部にコーナー刃を有し、前記コーナー刃は、前記端面と前記周側面との間の他の交差稜線に接続され、前記他の交差稜線は、カット面を有し、前記端面側から見て前記他の交差稜線のカット面の幅は、前記コーナー刃のホーニングの幅よりも狭くなっていてもよい。
前記端面側から見て前記第1の切れ刃のホーニングの幅は、0.1mm以上であってもよい。かかる場合、第1の切れ刃の欠損を十分に抑制できる。
別の態様による切削インサートは、互いに対向する2つの端面と、前記2つの端面の間に延在する周側面と、前記2つの端面の少なくとも一方と前記周側面との間の交差稜線に形成された切れ刃と、を備え、前記切れ刃は、第1の切れ刃と、第2の切れ刃とを少なくとも有し、前記第1の切れ刃と第2の切れ刃には、ホーニングが設けられ、前記端面側から見て、前記第2の切れ刃のホーニングの少なくとも一部の幅が前記第1の切れ刃のホーニングの幅よりも狭い。
他の態様による切削工具は、工具本体と、前記工具本体に装着された上記切削インサートと、を備えている。
切削インサートの斜視図である。 切削インサートの端面側から見た正面図である。 切削インサートの周側面側から見た側面図である。 切削インサートの第1の端面の拡大図である。 主切れ刃の第1のホーニングの形状を示す縦断面の説明図である。 内切れ刃の第1のホーニングの形状を示す縦断面の説明図である。 切削工具の斜視図である。 切削工具の側面図である。 他の態様の切削インサートの端面側から見た正面図である。 他の態様の切削工具の側面図である。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
図1は、本実施の形態に係る切削インサート1の斜視図であり、図2は、切削インサート1の端面側から見た正面図である。図3は、切削インサート1の周側面側から見た側面図である。
切削インサート1は、例えば高送り加工に適したエンドミル用である。図1及び図2に示すように切削インサート1は、略直方体形状を有している。切削インサート1は、互いに対向する第1の端面10及び第2の端面11と、第1の端面10と第2の端面11の間に延在する周側面12と、2つの端面10、11と周側面12との間の一部の交差稜線に形成された切れ刃13を備えている。切削インサート1の中央には、第1の端面10から第2の端面11に向かう端面方向A(図3の上下方向)に貫通する固定用穴14が形成されている。
端面10、11側から見て、第1の端面10及び第2の端面11は、略長方形状を有している。例えば図2に示すように第1の端面10は、互いに対向する一対の短辺20、21と、互いに対向する一対の長辺22、23と、4つの角部24、25、26、27を備えている。第1の端面10には、切れ刃13(短辺20、21)に沿ってチップブレーカー(溝)28が設けられている。第2の端面11は、第1の端面10と同様の構成を有している。
周側面12は、端面10、11の略長方形状の各辺に対応する4つの周側面部30、31、32、33を有している。例えば周側面部30、32は、短辺20、21に対応し、端面10側から見て概ね外側に凸に湾曲している。周側面部31、33は、長辺22、23に対応し、端面10側から見て直線状に平行に形成されている。
図1〜図3に示すように切れ刃13は、例えば周側面部30と端面10、11との間の交差稜線(短辺20)と、周側面部33と端面10、11との間の交差稜線(短辺21)に形成されている。
図2に示すように例えば周側面部30と端面10の間の切れ刃13は、第1の角部24に形成された第1のコーナー刃50と、第2の角部25に形成された第2のコーナー刃51と、その第1のコーナー刃50と第2のコーナー刃51との間に配置され、互いに接続された主切れ刃52、底刃53及び第1の切れ刃としての内切れ刃54を有している。なお、主切れ刃52を第1の切れ刃とした場合には、内切れ刃54は第2の切れ刃に相当する。すなわち切れ刃13は、第1の角部24から第2の角部25に向けて、第1のコーナー刃50、主切れ刃52、底刃53、内切れ刃54及び第2のコーナー刃51をこの順で連続的に備えている。なお、本実施の形態において、第1のコーナー刃50、主切れ刃52及び底刃53が「切れ刃部」を構成している。
図4に示すように第1のコーナー刃50と第2のコーナー刃51は、角部24、25の形状に沿って湾曲している。主切れ刃52は、一端が底刃53に接続され(接続点P1)、他端が第1のコーナー刃50に接続され(接続点P2)ている。主切れ刃52は、端面10側から見て例えば直線的である。底刃53は、端面10側から見て外側に凸の円弧状に形成されている。底刃53は、切削インサート1の短辺方向Bの中心を通る長手方向Sの中心仮想平面(中心線)Cを跨ぐように配置されている。内切れ刃54は、一端が底刃53に接続され(接続点P3)、他端が第2のコーナー刃51に接続され(接続点P4)ている。内切れ刃54は、端面10側から見て例えば直線的である。なお、主切れ刃52、底刃53、内切れ刃54、第1のコーナー刃50及び第2のコーナー刃51の幅(長さ)は、適宜設定される。
切れ刃13の全体には、ホーニング60が施されている。ホーニング60は、例えば図5及び図6に示すように第1の端面10と周側面部30の交差稜線の角を面取りした傾斜面である。ホーニング60は、楔角(逃げ面とホーニングによって作れられた傾斜面とがなす角度)が 90°以上になる。なお、ホーニング60は、削って成形してもよいし、金型により成形してもよい。また、ホーニング60と逃げ面(周側面30)との交差部に小さい円弧状の面取りがあってもよい。この面取りの円弧の大きさ(半径)は、0.01mm〜0.05mm、好ましくは0.02mm〜0.04mmであってもよい。
図4及び図5に示すように端面10側から見て、第1のコーナー刃50、主切れ刃52及び底刃53(切れ刃部)の第1のホーニング70の幅w1は、一定であり、例えば0.15mm〜0.45mm、好ましくは、0.2mm〜0.25mmである。図4及び図6に示すように内切れ刃54の第2のホーニング71の幅w2は、第1のホーニング70の幅w1よりも狭く、0.1mm以上、好ましくは0.1mm〜0.2mmである。図4に示すように内切れ刃54の第2のホーニング71の幅w2は、底刃53との接続点P3から離れるにつれて次第に狭くなっている。第2のコーナー刃51の第3のホーニング72の幅w3は、内切れ刃54との接続点P4における第2のホーニング71の幅w2(第2のホーニング71の最小幅)とほぼ等しい。
第1のコーナー刃50に接続される第1の端面10と周側面部33との他の交差稜線(長辺22)には、角を面取りしたカット面80が形成されている。なお、このカット面80は、削って形成してもよいし、金型により成形してもよい。
カット面80の幅d1は、第1のコーナー刃50の第1のホーニング70の幅w1よりも狭く、例えば第1のコーナー刃50との接続点P5から離れるにつれて次第に狭くなり、その後一定になっている。カット面80の幅d1は、例えば0.1mm〜0.2mmの範囲に設定されている。
第2のコーナー刃51に接続される第1の端面10と周側面部31との交差稜線(長辺23)には、角を面取りしたカット面81が形成されている。なお、このカット面81は、削って形成してもよいし、金型により成形してもよい。
カット面81の幅d2は、第2のコーナー刃51の第3のホーニング72の幅w3とほぼ同じ幅を有している。
図3に示すように周側面部30側から見て、端面10側の底刃53は、切削インサート1の短辺方向Bの中心を通る端面方向Aの中心仮想平面(中心線)Cを跨いでおり、主切れ刃52側の第1の端(接続点P1)が、内切れ刃54側の第2の端(接続点P3)よりも端面方向Aに高い位置にある。
端面10側の底刃53は、周側面部30側から見て、互いに連続する上に凸の第1の曲線53aと下に凸の第2の曲線53bを備えている。主切れ刃52は、上に凸に湾曲し、第1の曲線53aに滑らかに接続されている。内切れ刃54は、下に凸に湾曲し、第2の曲線53bに滑らかに接続されている。
周側面部30側から見て、端面10側の第1のコーナー刃50は、例えば上に凸に湾曲し、主切れ刃52に滑らかに接続されている。第1のコーナー刃50と主切れ刃52の接続点P2付近が最高点となり、第1のコーナー刃50の外側端はわずかに下降している。第2のコーナー刃51は、例えば下に凸に湾曲し、内切れ刃54に滑らかに接続されている。第2のコーナー刃51と内切れ刃54の接続点P4付近が最低点となり、第2のコーナー刃51の外側端はわずかに上昇している。
周側面部30と第2の端面11との間の稜線の切れ刃13は、図3に示すように第1の端面10側の切れ刃13を周側面部30側から見た切削インサート1の長手方向Sの中心軸D周りに180°回転した回転対称となり、上述の第1の端面10側の切れ刃13と同様の構成を有している。すなわち周側面部30と第2の端面11との間の切れ刃13は、第2の角部25から第1の角部24に向かって第1のコーナー刃50、主切れ刃52、底刃53、内切れ刃54及び第2のコーナー刃51をこの順で連続的に備えている。
周側面部32と第1の端面10との間の稜線の切れ刃13と、周側面部32と第2の端面11との間の稜線の切れ刃13は、周側面部30側の切れ刃13を端面10側から見た切削インサート1の端面方向Aの中心軸E(図2に示す)周りに180°回転した回転対称となり、図3に示すように上述の周側面部30側の切れ刃13と同様の構成を有している。
切削インサート1の大きさは、例えば切削インサート1の短辺方向Bの横幅が6mm程度であり、切削インサート1の長手方向の縦幅Sが12mm程度である。切削インサート1の厚み(端面10、11間の幅)は、例えば3.5mm程度である。
切削インサート1の材質は、特に限定されるものではないが、例えば超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化ほう素を含む焼結体等の硬質材料又はこれら硬質材料の表面にPVD又はCVDコーティング膜を被膜したもの、又は単結晶ダイヤモンド或いはダイヤモンドを含む焼結体の中から選ばれる。
次に、上記切削インサート1が装着される切削工具90について説明する。図7及び図8に示す切削工具90は、転削工具であり、例えば刃先交換式のエンドミルである。切削工具90は、工具本体91と切削インサート1を備えている。工具本体91は、円柱状に形成され、その中心軸が回転軸Fとなる。切削インサート1は、工具本体91の先端部の回転軸F周りに複数、例えば4つ等間隔で装着されている。なお、この工具本体91に装着される切削インサート1の数は、4つに限られない。切削インサート1は、第1の端面10又は第2の端面11を回転方向Gに向け、周側面部30又は周側面部32を切削工具90の先端側に向けた状態で装着されている。切削時には、工具本体91を回転させながら移動させて、切削インサート1の切れ刃13を被切削材に当てて切削加工する。主に主切れ刃52が切削に関与する。例えば工具本体91を先端部方向(例えば図8の下方向)に移動させたり、斜め下方向に移動させて切削を行う際には、内切れ刃54が切削に関与する。
本実施の形態によれば、切削インサート1の主切れ刃52と内切れ刃54にホーニング60が設けられ、端面10、11側から見て、内切れ刃54の第2のホーニング71の幅w2が主切れ刃52の第1のホーニング70の幅w1よりも狭いので、主切れ刃52と内切れ刃54の欠損を抑制しつつ、相対的に切削負荷の低い内切れ刃54においてホーニングにより切削抵抗が増加したり摩耗が促進されることを抑制できる。よって、切れ刃13が適切なホーニング60を備えることができる。
端面10、11側から見て内切れ刃54の第2のホーニング71の幅w2が、底刃53との接続点P3から離れるにつれて次第に狭くなるので、切削負荷の小さい部分に行くにつれて第2のホーニング71の幅w2が狭くなり、内切れ刃54が、より適切なホーニングを備えることができる。
端面10、11側から見て第1のコーナー刃50、主切れ刃52及び底刃53の第1のホーニング70の幅w1が一定であるので、切れ刃13の成形が容易であり、また切れ刃13の欠損を十分に抑制することができる。
端面10、11側から見て、第1のコーナー刃50に接続される交差稜線(長辺22)にカット面80が形成され、そのカット面80の幅d1は、第1のコーナー刃50の第1のホーニング70の幅w1よりも狭いので、長辺22に第1のコーナー刃50のホーニングに連続するカット面80を形成して切削インサート1の成形が容易になる。カット面80を形成することにより、切りくずを噛み込んだときに欠けにくくなる。またカット面80が形成された部分が強化され、加工中に加工面に当たったりしても欠けにくくなる。カット面80の幅d1が第1のコーナー刃50の第1のホーニング70の幅w1よりも狭いので、充分な幅のブレーカ溝を設けることが出来るため切りくずの流出をコントロールできる。
内切れ刃54の第2のホーニング71の幅w2が、0.1mm以上であるので、内切れ刃54の欠損を十分に抑制することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば上記切削インサート1及び切れ刃13の構成は上記実施の形態のものに限られない。例えば図9に示すように切れ刃13は、周側面部33と端面10、11との間の交差稜線(短辺22)から周側面部30と端面10、11との間の交差稜線(短辺20)に亘り形成されている。切れ刃13は、例えば底刃がなく、主切れ刃100、コーナー刃101、さらい刃(副切れ刃)102及び第1の切れ刃としての内切れ刃103を連続的に備えるものであってもよい。この場合、切れ刃部は、主切れ刃100、コーナー刃101及びさらい刃102により構成される。主切れ刃100は、短辺22に形成され、コーナー刃101は、第1の角部50に形成され、さらい刃102及び内切れ刃103は、短辺20に形成されている。内切れ刃103の第2のホーニング71の幅w2は、主切れ刃100、コーナー刃101及びさらい刃102の第1のホーニング70の幅w1よりも狭くなっている。また、切れ刃13は、固定用穴14を中心とした180°回転させた回転対称の位置、すなわち周側面部31と端面10、11との間の交差稜線(短辺23)から周側面部32と端面10、11との間の交差稜線(短辺21)に亘り形成されていてもよい。また、切れ刃13は、片側の端面、例えば第1の端面10と周側面部30〜33との間の交差稜線にのみ形成されていてもよい。図10に示すように切削インサート1は、切削工具90の工具本体91の先端部に、回転軸F周りに複数、例えば4つ等間隔で装着される。かかる例においても、内切れ刃103の第2のホーニング71の幅w2が、主切れ刃100の第1のホーニング70の幅w1よりも狭いので、主切れ刃100と内切れ刃103の欠損を抑制しつつ、相対的に切削負荷の低い内切れ刃103においてホーニングにより切削抵抗が増加したり摩耗が促進されることを抑制できる。よって、切れ刃13が適切なホーニングを備えることができる。
以上の実施の形態において、内切れ刃54と接続される切れ刃部は、第1のコーナー刃50、主切れ刃52及び底刃53、又は主切れ刃100、コーナー刃101及びさらい刃102により構成されていたが、切れ刃部は、主切れ刃だけであってもよいし、主切れ刃と底刃やさらい刃の組み合わせであってもよいし、主切れ刃と他の切れ刃の組み合わせであってもよい。さらに切れ刃13は、内切れ刃のような第1の切れ刃と主切れ刃を備えていればよく、底刃やコーナー刃を備えていなくてもよい。カット面80、81はあってもなくてもよい。
なお、ホーニングの幅が相対的に広い部分が、必ずしも主切れ刃である必要はなく、例えば切れ刃における切削頻度、又は切削抵抗等が相対的に大きい部分を第1の切れ刃とし、相対的に小さい部分を第2の切れ刃とし、端面側から見て、第2の切れ刃のホーニングの少なくとも一部の幅が第1の切れ刃のホーニングの幅よりも狭くてもよい。
以上の実施の形態において、内切れ刃54の第2のホーニング71の幅w2が底刃53との接続点P3から離れるにつれて次第に狭くなるものであったが、第2のホーニング71の形状はこれに限られない。また、第1のホーニング70の幅w1が一定であったが、変動してもよい。なお、本実施の形態において、「一定」には、0.01mm程度のわずかに変動するものも含まれる。
切削インサート1は、略長方形状に限られず、ひし形形状等であってもよい。また、切削インサート1は、三角形状、五角形状、六角形状、八角形状などであってもよい。切れ刃13の位置や数、寸法も上記実施の形態のものに限られない。切れ刃13は、切削インサート1の両端面10、11にそれぞれ設けられていたが、片方の端面にのみ設けられていてもよい。切れ刃13が、各端面10、11の2つの短辺に設けられていたが、端面の一部の辺となる1辺、3辺に設けられていてもよいし、端面のすべての辺となる4辺に設けられていてもよい。
本実施の形態で記載した切削工具90は、刃先交換式のエンドミルであったが、本発明はこれに限られず、フライス、ドリルなどの他の切削工具にも適用できる。以上の実施の形態の切削インサート1は、転削加工用の切削インサートであったが、本発明は、それに限られず、旋削加工用にも適用できる。旋削加工用の切削インサートでは、第1の切れ刃は副切れ刃に相当する。
本発明は、切れ刃に適切なホーニングが形成された切削インサートを提供する際に有用である。
1 切削インサート
10 第1の端面
11 第2の端面
12 周側面
13 切れ刃
30〜32 周側面部
50 第1のコーナー刃
51 第2のコーナー刃
52 主切れ刃
53 底刃
54 内切れ刃
60 ホーニング
70 第1のホーニング
71 第2のホーニング
90 切削工具

Claims (8)

  1. 互いに対向する2つの端面と、
    前記2つの端面の間に延在する周側面と、
    前記2つの端面の少なくとも一方と前記周側面との間の交差稜線に形成された切れ刃と、を備え、
    前記切れ刃は、第1のコーナー刃と、主切れ刃と、底刃と、内切れ刃と、第2のコーナー刃をこの順で連続的に有し
    前記第1のコーナー刃と、前記主切れ刃と、前記底刃と、前記内切れ刃と、前記第2のコーナー刃には、ホーニングが設けられ、
    前記端面側から見て、前記内切れ刃のホーニングの幅が、前記第1のコーナー刃と前記主切れ刃と前記底刃のホーニングの幅よりも狭く、
    前記第1のコーナー刃は、前記端面と前記周側面との間の前記主切れ刃の反対側に位置する他の第1交差稜線に接続され、
    前記第2のコーナー刃は、前記端面と前記周側面との間の前記内切れ刃の反対側に位置する他の第2交差稜線に接続される、切削インサート。
  2. 前記内切れ刃と前記第2のコーナー刃のホーニングの幅が、前記第1のコーナー刃と前記主切れ刃と前記底刃のホーニングの幅よりも狭い、請求項1に記載の切削インサート。
  3. 前記第2のコーナー刃のホーニングの幅は、前記内切れ刃の前記第2のコーナー刃との接続部におけるホーニング幅と等しい、請求項1又は2に記載の切削インサート。
  4. 前記他の第1交差稜線と前記他の第2交差稜線は、カット面を有し、
    前記端面側から見て前記他の第1交差稜線のカット面の幅は、前記第1のコーナー刃のホーニングの幅よりも狭く、
    前記端面側から見て前記他の第2交差稜線のカット面の幅は、前記第2のコーナー刃のホーニングの幅と同じである、請求項1〜3のいずれかに記載の切削インサート。
  5. 前記端面側から見て前記内切れ刃のホーニングの幅は、前記底刃との接続部から離れるにつれて次第に狭くなる、請求項1〜4のいずれかに記載の切削インサート。
  6. 前記端面側から見て前記第1のコーナー刃と、前記主切れ刃と、前記底刃のホーニングの幅は一定である、請求項1〜5のいずれかに記載の切削インサート。
  7. 前記端面側から見て前記内切れ刃のホーニングの幅は、0.1mm以上である、請求項1〜6のいずれかに記載の切削インサート。
  8. 工具本体と、
    前記工具本体に装着された、請求項1〜7のいずれかに記載の切削インサートと、を備えた、切削工具。
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